普通化学习题与解答(第二章).doc

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第二章化学反应的基本原理和大气污染

1、是非题（对的在括号内填“+”号，错的填“-”号）

（1）为正值的反应均是自发反应。

（-）

（2）某一给定反应达到平衡后，若平衡条件不变，分离除去某生成物，待达到新的平衡，则各反应物和生成物的分压或浓度分别保持原有定值。

（-）

（3）对反应系统。

由于化学方程式两边物质的化学计量数（绝对值）的总和相等，所以增加总压力对平衡无影响。

（-）

（4）上述（3）中反应达到平衡后，若升高温度，则正反应速率（正）增加，逆反应速率（逆）减小，结果平衡向右移动。

（-）

（5）反应的级数取决于反应方程式中反应物的化学计量数（绝对值）。

（-）

（6）催化剂能改变反应历程，降低反应的活化能，但不能改变反应的。

（+）

（7）在常温常压下，空气中的N2和O2能长期存在而不化合生成NO。

且热力学计算表明的，则N2和O2混合气必定也是动力学稳定系统。

（+）

（8）已知不会与反应，但的，则必定是热力学不稳定而动力学稳定的系统。

（+）

2、选择题（将所有正确答案的标号填入空格内）

（1）真实气体行为接近理想气体性质的外部条件是（b）

（a）低温高压（b）高温低压（c）低温低压（d）高温高压

（2）某温度时，反应的标准平衡常数，则反应的标准平衡常数等于（b）

（a）（b）（c）

（3）升高温度可以增加反应速率，最主要是因为（b）

（a）增加了分子总数

（b）增加了活化分子的百分数

（c）降低了反应的活化能

（d）促使平衡向吸热方向移动

（4）已知汽车尾气无害化反应的，要有利于取得有毒气体和的最大转化率，可采取的措施是（c）

（a）低温低压（b）高温高压

（c）低温高压（d）高温低压

（5）温度升高而一定增大的量是（bc）

（a）（b）吸热反应的平衡常数

（c）液体的饱和蒸气压（d）反应的速率常数

（6）一个化学反应达到平衡时，下列说法中正确的是（a）

（a）各物质的浓度或分压不随时间而变化

（b）=0

（c）正、逆反应的速率常数相等

（d）如果寻找到该反应的高效催化剂，可提高其平衡转化率

3、填空题

（1）对于反应：

若升高温度（约升高100K），则下列各项将如何变化（填写：

不变，基本不变，增大或减小。

）

：

基本不变：

基本不变

：

增大：

减小

：

增大：

增大

（2）对于下列反应：

。

若增加总压力或升高温度或加入催化剂，则反应速率常数（正）、（逆）和反应速率（正）、（逆）以及标准平衡常数、平衡移动的方向等将如何?

分别填人下表中。

（正）

（逆）

（正）

（逆）

平衡移动方向

增加总压力

不变

不变

增大

增大

不变

向左

升高温度

增大

增大

增大

增大

增大

向右

加催化剂

增大

增大

增大

增大

不变

不变

（3）造成平流层中臭氧层破坏的主要物质有CFC、哈龙、N2O、NO、CCl4、CH4等；主要的温室气体有CO2、CH4、N2O、CFC、O3等；形成酸雨的大气污染物主要是SO2、NOx等。

4、不用查表，将下列物质按其标准（298K）值由大到小的顺序排列，并简单说明理由。

（a）K（s）（b）Na（s）（c）Br2

（1）（d）Br2（g）（e）KCl（s）

解：

（298K）值由大到小的顺序为

＞＞＞＞

说明

（1）同一物质气态时的熵大于液态时的；

（2）一般（相对分子质量相近时）液体的熵大于固体物质的熵；

（3）一般说来，当温度和聚集状态相同时，分子或晶体结构较复杂（内部微观粒子较多）的物质的熵大于分子或晶体结构较简单（内部微观粒子较少）的物质的熵。

K（s）和Na（s）的原子结构属同一族，K的结构较Na的复杂。

5、定性判断下列反应或过程中熵变的数值是正值还是负值。

（1）溶解少量食盐于水中；

（2）活性炭表面吸附氧气；

（3）碳与氧气反应生成一氧化碳。

解：

（1）熵变为正值；

（2）熵变为负值；（3）熵变为正值。

6、利用下列两个反应及其（298K）值，计算（s）在298K时的标准生成吉布斯函数。

解：

（1）

（2）

，可得

（3）

故

=

==-1015.5

7、通过热力学计算说明下列水结冰过程：

在298K标准状态时能否自发进行。

已知冰在298K时的标准摩尔生成吉布斯函数为-236.7。

解：

-237.129-236.7

=﹛（-236.7）-（-237.129）﹜=0.4＞0

故在298K的标准状态时，水结冰的过程不能自发进行。

8、试用教材附录3中的标准热力学数据，计算下列反应的和

（1）

（2）

（3）

（4）

解：

（1）

27.2869.91146.4130.684

0-237.129-1015.40

=﹛130.864×4+146.4-69.91×4-27.28×3﹜

=307.7

=﹛（-1015.4）-（-237.129）×4﹜

=-66.9

（2）

41.630-112.1130.684

00-147.060

=﹛130.864+（-112.1）-41.63﹜

=-23.0

=-147.6

（3）

39.7569.91-53.1-10.75

-604.03-237.129-553.58-157.244

=﹛（-10.75）×2+（-53.1）-69.91-39.75﹜

=-184.3

=﹛（-157.244）×2+（-553.58）-（-237.129）-（-604.03）﹜

=-26.91

（4）

170.142.55152.231

-96.9000

=﹛152.231×+42.55-170.1﹜

=-54.1

=96.90

9、用锡石（SnO2）制取金属锡，有建议可用下列几种方法：

（1）单独加热矿石，使之分解。

（2）用碳（以石墨计）还原矿石（加热产生CO2）。

（3）用H2（g）还原矿石（加热产生水蒸汽）。

今希望加热温度尽可能低一些。

试通过计算，说明采用何种方法为宜。

解：

（1）单独加热矿石SnO2使之分解的温度条件估算

-580.700

52.351.55205.138

=580.7

=﹛205.138+51.55-52.3﹜

=204.4

依据

T＞580.7/204.4=2841K

（2）用碳还原矿石的温度条件估算

-580.700-393.509

52.35.7451.55213.74

=﹛（-393.509）-（-580.7）﹜

=187.2

=﹛213.74+51.55-5.74-52.3﹜

=207.3

T＞187.2/207.3=903.0K

（3）用H2还原矿石的温度条件估算

-580.700-241.818

52.3130.68451.55188.825

=﹛（-241.818）-（-580.7）﹜

=97.1

=﹛188.825+51.55-130.684-52.3﹜

=115.5

T＞97.1/115.5=841K

依据计算，用用H2还原可使矿石分解温度最低。

10、糖在新陈代谢过程中所发生的总反应可用下式表示：

若在人体内实际上只有30％上述总反加的标准吉布斯函数变可转变成为功（非体积功），则一食匙（3.8g）糖在体温37℃时进行新陈代谢，可以做多少功？

解：

-2225.50-393.509-285.83

360.2205.138213.7469.91

=﹛（-285.83）×11+（-393.509）×12-（-2225.5）﹜

=-5640.7

=﹛69.91×11+213.74×12-205.138×12-360.2﹜

=512.03

=-5640.7-（273+37）K×512.03

=-5799.4

转化为功（非体积功）

==-19.3kJ

11、计算利用水煤气制取合成天然气的下列反应在523K时（近似）的值。

解：

可利用公式

代入热力学化学数据，先求出反应的。

-110.5250-74.81-241.818

197.674130.684186.264188.825

=﹛（-241.818）+（-74.81）-（-110.525）﹜

=-206.10

=﹛188.825+186.264-130.684×3-197.674﹜

=-214.637

依据

≈﹛-206.10-523×（-214.637）×10-3﹜

=-93.84

2.36×109

12、某温度时8.0molSO2和4.0molO2在密闭容器中进行反应生成SO3气体，测得起始时和平衡时（温度不变）系统的总压力分别为300kPa和220kPa。

试利用上述实验数据求该温度时反应：

的标准平衡常数和SO2的转化率。

解：

设平衡时SO3的物质的量为mol

起始时物质的量/mol8.04.00

平衡时物质的量/mol8.0-4.0-

在恒温恒容条件下，系统总压与系统的总物质的量成正比，故

300kPa：

220kPa=（8.0+4.0）：

（8.0-+4.0-+）

得=6.4

SO2的转化率为：

平衡时各物质的摩尔分数为

=（8.0-6.4）mol/（8.0-6.4+4.0-+6.4）mol=

=（4.0-）mol/（8.0-6.4+4.0-+6.4）mol=

=6.4mol/（8.0-6.4+4.0-+6.4）mol=

根据分压定律，各气体平衡时的分压分别为

=×220kPa=40kPa

=×220kPa=20kPa

=×220kPa=160kPa

==80

13、已知下列反应：

在740K时的＝0.36。

若在该温度下，在密闭容器中将1.0molAg2S还原为银，试计算最少需用H2的物质的量。

解：

设最少需用H2的物质的量为mol

起始时物质的量/mol1.000

反应中物质的量的变化/mol-1.0-1.02.01.0

平衡时物质的量/mol0-1.02.01.0

因在定温定压下，气体的分压之比为其物质的量的比。

故

mol

*14、已知下列反应：

在不同温度时反应的标准平衡常数值如下：

T/K

9731.472.38

10731.812.00

11732.151.67

12732.481.49

试汁算在上述各温度时反应：

的标准平衡常数，并说明此反应是放热还是吸热的。

解：

（1）

（2）

（1）-

（2）得

（3）

根据多重平衡规则，有

各不同温度时反应的标准平衡常数值如下：

T/K

9731.472.380.618

10731.812.000.905

11732.151.671.29

12732.481.491.66

从计算结果得知，当温度升高时，值增大，故反应（3）是吸热反应。

15、已知反应：

在298.15K时的=4.9×1016，，求在500K时的值。

解：

根据范特霍夫等压方程式，得

=22.5

16、利用标准热力学函数估算反应：

在873K时的标准摩尔吉布斯函数变和标准平衡常数。

若系统中各组分气体的分压为，，计算此条件下反应的摩尔吉布斯函数变，并判断反应进行的方向。

解：

-393.5090-110.525-241.818

213.74130.684197.674188.825

=﹛（-241.818）+（-110.525）-（-393.509）﹜

=41.17

=﹛188.825+197.674-130.684-213.74﹜

=42.08

=41.17-873K×42.08=4.43

==-0.610

=0.54

=-3.0

，故此条件反应正向正反应进行。

17、对于一个在标准态下是吸热、熵减的化学反应，当温度升高时，根据吕·查德里原理判断，反应将向吸热的正方向移动；而根据公式判断，将变得更正（正值更大），即反应更不利于向正方向进行。

在这两种矛盾的判断中，哪一种是正确的？

简要说明原因。

解：

前一种判断是正确的。

当温度改变时，应用来判断平衡移动的方向。

由范特霍夫等压方程式可知，随温度的变化率只与有关。

当＞0，即吸热反应，T升高，变大，反应将向正反应（即吸热反应）移动。

18、研究指出下列反应在一定温度范围内为元反应

（1）写出该反应的反应速率方程。

（2）该反应的总级数是多少？

（3）其他条件不变，如果将容器的体积增加到原来的2倍，反应速率如何变化？

（4）如果容器体积不变而将NO的浓度增加到原来的3倍，反应速率又将怎样变化？

解：

（1）由于上述反应为元反应，据质量作用定律：

（2）反应的总级数n=2+1=3

（3）其他条件不变，容器的体积增加到原来的2倍时，反应物浓度则降低为原来的1/2。

即反应速率为原来的1/8。

（4）若NO的浓度增加到原来的3倍，则

即反应速率为原来的9倍。

19、已知某药物是按一级反应分解的，在25℃分解反应速率常数=2.09×10-5h-1。

该药物的起始浓度为94单位/cm3，若其浓度下降至45单位/cm3，就无临床价值，不能继续使用。

问该药物的有效期应当定为多长？

解：

根据公式得

=

20、根据实验结果，在高温时焦炭中碳与二氧化碳的反应：

其活化能为167.4，计算自900K升高到1000K时，反应速率的变化。

解：

由阿仑尼乌斯公式，得

==2.24

即反应温度自900K升高到1000K时，反应速率增大9.4倍。

21、将含有0.1和0.1的溶液与过量的

稀硫酸溶液混合均匀，产生下列反应：

今由实验测得在17℃时，从混合开始至溶液刚出现黄色的沉淀共需时1515s；若将上述溶液温度升高10℃，重复上述实验，测得需时500s，试求该反应的活化能值。

（提示：

实验中，反应速率常用某物质一定浓度改变所需的时间来表示。

）

解：

该反应17℃（290K）时，所需时间=1515s；27℃（300K）时，所需时间=500s。

因反应速率与反应所需时间成反比，故可得

即=-1.11

=8.02×104=80.2

22、在没有催化剂存在时，H2O2的分解反应：

的活化能为75。

当有铁催化剂存在时，该反应的活化能就降低到54。

计算在298K时此两种反应速率的比值。

解：

设无催化剂存在时，该反应的活化能=75，反应速率为；使用铁催化剂时，该反应的活化能=54，反应速率为。

根据阿仑尼乌斯公式：

，在相同温度和其他条件下

==8.5

故两反应速率的比值为。

23、对于制取水煤气的下列平衡系统：

。

问：

（1）欲使平衡向右移动，可采取哪些措施？

（2）欲使正反应进行得较快且较完全（平衡向右移动）的适宜条件如何？

这些措施对及（正）、（逆）的影响各如何？

解：

根据吕·查德里原理：

（1）欲使平衡向右移动，可采取以下措施：

增加的分压（或浓度）；减少或的分压（或浓度）；减少系统总压力；增加反应温度。

（2）使正反应进行得较快且较完全条件有：

增加温度，这使得及（正）、（逆）均增大。

因为，当＞0时，温度升高，增大。

，当温度升高时，（正）、（逆）均增大。

增加的分压（或浓度），此时及（正）、（逆）均不变，因为及（正）、（逆）均与反应物浓度无关。

24、设汽车内燃机内温度因燃料燃烧反应达到1300℃，试利用标准热力学函数估算此温度时反应的和的数值，并联系反应速率简单说明在大气污染中的影响。

解：

0090.25

191.50205.138210.761

=90.25

=﹛210.761-205.138×-191.50×﹜

=12.44

=90.25-1573K×12.44=70.86

==-5.40

常温下，实际上该反应不能发生。

但在如内燃机室内温度下，则有NO生成，且在这样的高温下，反应速率较大，故可造成大气污染。